QGP通常使用相对论性流体动力学模型进行描述，并通过重离子碰撞进行实验研究。理论和实验在低横向动量区域粒子产量的观察以及模型预测中的缺失方面长期存在一定的差异。现在，来自日本的研究人员已经解决了这样的一个问题，提出了一个模型来确定缺失粒子产量的来源。图片来自：来自日本上智大学的平野哲文

  基础科学研究揭示了夸克-胶子等离子体（QGP）的存在 - 一种新发现的物质状态 - 作为早期宇宙的组成部分。已知在大爆炸后一微秒内存在QGP，本质上是夸克和胶子的汤，跟着时间的推移冷却形成质子和中子等强子 - 所有物质的基石。

  重现QGP存在时都会存在的极端条件的一种方法是通过相对论性重离子碰撞。在这方面，大型强子对撞机（LHC）和相对论重离子对撞机等粒子加速器设施通过与此类碰撞有关的实验数据进一步加深了我们对QGP的理解。

  与此同时，理论物理学家已经采用多级相对论流体动力学模型来解释数据，因为QGP的行为非常像完美的流体。然而，这些模型与低横向动量区域的数据之间有严重的挥之不去的分歧，其中传统模型和混合模型都未能解释实验中观察到的颗粒产量。

  在这种背景下，由上智大学的理论物理学家Tetsufumi Hirano教授领导的日本研究人员团队进行了一项调查，以解释相对论性流体动力学模型中缺失的粒子产量。

  在他们最近的工作中，他们提出了一种新的“动态核心 - 电晕初始化框架”来全面描述高能核碰撞。他们的研究结果发表在《物理评论C》杂志上，并涉及上智大学博士生Yuuka Kanakubo博士（现隶属关系：芬兰于韦斯屈莱大学博士后研究员）和日本秋田国际大学Yasuki Tachibana助理教授的贡献。

  “为了找到一种可以解释理论建模和实验数据之间差异的机制，个人会使用了动态核电晕初始化（DCCI2）框架，其中高能核碰撞期间产生的粒子使用两个组件描述：核心或平衡物质，和电晕或非平衡物质，”平野教授解释说。这张图片使我们也可以检查核心和日冕成分对低横向动量区域强子生产的贡献。

  研究人员在PYTHIA（一种计算机模拟程序）上以2.76 TeV的能量进行了重离子Pb-Pb碰撞模拟，以测试他们的DCCI2框架。QGP流体的动态初始化允许分离核心和电晕成分，它们分别通过“切换超表面”和“弦碎片”进行强子化。然后对这些强子进行共振衰变以获得横向动量（pT）光谱。

  “我们关闭了强子散射，只进行了共振衰变，以查看总产量分解为核心和电晕成分，因为强子散射在反应后期将这两种成分混合在一起，”Kanakubo博士解释说。

  然后，研究人员研究了带电介子，带电介子以及质子和反质子在2.76 TeV碰撞的pT光谱中核心和电晕成分的比例。接下来，他们将这些光谱与从实验数据中获得的光谱（来自大型强子对撞机的ALICE探测器，用于2.76 TeV的Pb-Pb碰撞）作比较，以量化电晕成分的贡献。最后，他们研究了电晕成分的贡献对流动变量的影响。

  他们发现，对于0-5%和40-60%的中心性等级，光谱区域中的电晕贡献相对增加约1 GeV。虽然所有强子都是如此，但他们发现在非常低的pT（≈ 0 GeV）区域的质子和反质子光谱中，电晕对粒子产生的贡献几乎为50%。

  此外，完整的DCCI2模拟根据结果得出，当仅比较具有强子散射（忽略电晕成分）的核心组件时，与ALICE实验数据有更好的一致性。发现电晕贡献负责稀释纯粹从核心贡献中获得的四颗粒累积量（可观察到的流动），表明具有电晕贡献的颗粒的更多排列。

  “这些发现意味着非平衡日冕成分有助于在非常低的横向光谱区域产生颗粒，”平野教授说。“这解释了流体动力学模型中缺少产量的原因，该模型仅从实验数据中提取平衡的核心成分。这清楚地表明，为了更精确地了解QGP的性质，也有必要提取非平衡组分。

  原标题：《『夸克-胶子等离子体的新模型解决了理论与数据之间长期存在的差异》

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